无源滤波器又称LC滤波器,是由电感、电容和电阻组成的滤波电路,可以滤除一次或多次谐波。最常见且易于使用的无源滤波器结构是将电感与电容串联,可对主要谐波(3次、5次、7次)形成低阻抗旁路;单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器等都属于无源滤波器。
优势
无源滤波器具有结构简单、成本低、运行可靠性高、运行成本低等优点,至今仍是一种广泛应用的谐波治理手段。
分类
LC滤波器的特性应满足规定的技术指标要求。这些技术要求通常是频域的工作衰减,或相移,或两者兼有;有时也会提出时域的时间响应要求。无源滤波器可分为两类:调谐滤波器和高通滤波器。同时,根据设计方法的不同,又可分为镜像参数滤波器和工作参数滤波器。
调谐滤波器
调谐滤波器包括单调谐滤波器和双调谐滤波器,可滤除一次(单调谐)或两次(双调谐)谐波,谐波的频率称为调谐滤波器的谐振频率。
高通滤波器
高通滤波器又称减幅滤波器,主要包括一阶高通滤波器、二阶高通滤波器、三阶高通滤波器和C型滤波器,用于明显衰减低于某一频率的谐波,这个频率称为高通滤波器的截止频率。
图像参数过滤器
该滤波器基于镜像参数理论设计与实现。该滤波器由若干个基本段(或半段)按连接处镜像阻抗相等原则级联构成。基本段根据电路结构可分为固定K型和m导出型。以LC低通滤波器为例,固定K型低通基本段的阻带衰减随频率的增加单调增大;m导出低通基本节点在阻带内某一频率处出现衰减峰值,衰减峰值的位置由m导出节点的m值控制。对于由级联低通基本段构成的低通滤波器,其固有衰减等于各基本段固有衰减之和。当滤波器两端端接的电源内阻抗和负载阻抗等于其两端镜像阻抗时,滤波器的工作衰减和相移分别等于各自的固有衰减和相移。 (a)所示滤波器由一个固定K值段和两个m个导出节点级联构成。Z π 和 Z π m 为镜像阻抗。(b)为其衰减频率特性。两个衰减峰/f ∞ 1 和 f ∞ 2 在阻带内的位置分别由两个m个导出节点的m值决定。
类似地,高通、带通和带阻滤波器也可以由相应的基本段组成。
滤波器的镜像阻抗不可能在整个频带内等于电源和负载阻抗的纯电阻性内阻(在阻带内相差较大),且在通带内固有衰减与工作衰减相差较大。为了保证技术指标的实现,通常需要在设计中预留足够的固有衰减裕度,并增大通带宽度。
运行参数过滤器
该滤波器不是由级联的基本节构成,而是利用R、L、C及互感元件等物理上能够实现的网络函数,精确逼近滤波器的技术指标,再由得到的网络函数实现相应的滤波电路。根据不同的近似准则,可以得到不同的网络函数,实现不同类型的滤波器。 (a) 是用幅度最平坦近似(Bertowitz近似)实现的低通滤波器的特性;通带在零频率附近最平坦,趋近阻带时衰减单调增加。 (c) 是用等纹波近似(Chebyshev近似)实现的低通滤波器的特性;通带内衰减在零至上限之间波动,在阻带内衰减单调增加。 (e)利用椭圆函数近似实现低通滤波器的特性,衰减在通带和阻带内均呈现恒定电压变化。(g)是通过实现的低通滤波器的特性;通带内的衰减等幅波动,阻带内的衰减按指标要求的升降波动。(b)、(d)、(f)、(h)分别是这些低通滤波器的对应电路。
高通、带通和带阻滤波器通常由低通滤波器通过频率变换而来。
采用综合法准确按照技术指标的要求设计滤波器的工作参数,可以得到性能优良、经济的滤波电路,
LC滤波器制作简单、价格低廉、频带宽,广泛应用于通信、仪器仪表等领域;同时,它也常被用作许多其他类型滤波器的设计原型。
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发布时间:2022年6月6日